油封讲座

油封基础知识油封综述：油封，即润滑油的密封。它常用于各种机械的轴承处，特别是滚动轴承部位。其功能在于把油腔和外界隔离，对内封油，对外封尘。1—唇口；2—冠部；3—弹簧；4—骨架；5—底部；6—腰部；7—副唇优点：1.重量轻、耗材少（都是薄壁金属件与橡胶件的组合）2.安装位置小，轴向尺寸小，容易加工3.密封性能好，使用寿命长，对机器的振动和主轴的偏心都有一定的适应性4.拆卸容易，检修方便5.价格便宜缺点：不能承受高压，所以只能做轴承润滑油的密封，很少做其他密封。油封的工作范围如下：工作压力约为0.3MPa；密封面线速度低速型﹤4m/s，高速型4~15m/s；工作温度-60~150℃（与橡胶种类有关）；适用介质：油、水及弱腐蚀性液体；寿命500~2000h；油封的结构包括：粘接结构、装配结构、骨架结构和全胶结构粘接结构：这种结构的特点是橡胶部分和金属骨架可以分别加工制造。再用胶粘结在一起成为外露骨架型。制造简单，价格便宜。美、日等国多采用这种结构。（图a）粘结结构装配结构内包骨架全胶油封装配结构：它是把橡胶唇部、金属骨架和弹簧圈三者装配起来而组成油封。它有内外骨架把橡胶唇部夹紧。通常还有一挡板，以防弹簧脱出。（图b）骨架结构：它是把冲压好的金属骨架包在橡胶之中成为内包骨架型。其制造工艺较为复杂些，但刚度好，易装配，且对钢板材料要求不高。（图c）全胶结构：这种油封无骨架，有时甚至无弹簧，整体由橡胶模压成型。这类油封刚度差，易产生塑性变形。但是它可以切口使用，这对于不能从轴端装入而必须用油封的部位是仅有的一种形式。（图d）粘结结构装配结构内包骨架全胶油封装配结构：它是把橡胶唇部、金属骨架和弹簧圈三者装配起来而组成油封。它有内外骨架把橡胶唇部夹紧。通常还有一挡板，以防弹簧脱出。（图b）骨架结构：它是把冲压好的金属骨架包在橡胶之中成为内包骨架型。其制造工艺较为复杂些，但刚度好，易装配，且对钢板材料要求不高。（图c）全胶结构：这种油封无骨架，有时甚至无弹簧，整体由橡胶模压成型。这类油封刚度差，易产生塑性变形。但是它可以切口使用，这对于不能从轴端装入而必须用油封的部位是仅有的一种形式。（图d）粘结结构装配结构内包骨架全胶油封装配结构：它是把橡胶唇部、金属骨架和弹簧圈三者装配起来而组成油封。它有内外骨架把橡胶唇部夹紧。通常还有一挡板，以防弹簧脱出。（图b）骨架结构：它是把冲压好的金属骨架包在橡胶之中成为内包骨架型。其制造工艺较为复杂些，但刚度好，易装配，且对钢板材料要求不高。（图c）全胶结构：这种油封无骨架，有时甚至无弹簧，整体由橡胶模压成型。这类油封刚度差，易产生塑性变形。但是它可以切口使用，这对于不能从轴端装入而必须用油封的部位是仅有的一种形式。（图d）粘结结构装配结构内包骨架全胶油封油封材料：鉴于油封处于大气和油的环境中，所以要求材料的耐油性和耐大气老化性能良好。同时它常遇灰尘和泥水，且有很高的转速，因此要求耐磨性和耐热性良好。某些特殊情况例如用油封密封化学品时，则要求材料能耐该化学品。用作油封的橡胶主要有丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶和聚氨酯橡胶，特殊情况用硅橡胶、氟橡胶和聚四氟乙烯橡胶。其中丁腈橡胶耐油，聚氨酯橡胶耐磨，硅橡胶耐高温和低温，氟橡胶则较耐高温。它们对各种润滑油、液压油的适应性如（表）；如考虑周速影响，选择时还可参考（表）四种橡胶的耐介质性能汽油（高辛烷值）汽油灯油JP-4(喷气机燃料)稠润滑油底盘润滑油纤维状润滑脂轴承润滑脂硅润滑脂合成油脂DC-200硅油苯煤油甲苯二甲苯氯乙烯三氯乙烯丙酮甲基乙基甲酮甲基异丁基甲酮四氯化碳丙烷丁烷醇类3%氨水浓石碱水乙二醇氟利昂-12水浓盐水耐酸性耐碱性优优优优优优优优良良优可优可可可可可可可优优优优优优优优优优优良丁腈橡胶良良良良优优优优良良优可可可可可可可可可可优优可可良良可可优良可丙烯酸酯橡胶可可可可优优优优优优优可可可可可可可可良可良良硅橡胶良优优优优优优优优优优优优优优优优可可可优优优良可优优优优良可良氟橡胶优优优优优优优优优优优优优优优优优优优优优优优优优优优优优优良良优优优可可可良优优优良优可优良优优优良可可可良优优优优优优优可优优优优优良良优优优优优优良优优优优优优优优优优良优可可可良可可优优优良优优优优优优优优优优优优优优良良良良优良优可可可良良优ASTM1号润滑试验油ASTM2号润滑试验油ASTM3号润滑试验油ASTM4号润滑试验油燃烧试验油A燃烧试验油BSAE20号SAE30号SAE90号发动机油主轴油机械油轻油透平油液压变压器油柴油电机油汽缸油气缸变速器油极压润滑油GL-4齿轮油M1L-L-2105BM1L-L-5606M1L-L-7808石油系液压油磷酸酯系液压油防护及润滑用特殊液压油500号防护及润滑用特殊液压油700号二脂系合成油制动器油动植物油氟橡胶硅橡胶丙烯酸酯橡胶丁腈橡胶介质种类橡胶材料橡胶材料介质种类考虑周速及温度的油封选择硅橡胶高速中速低速-45-1510406595120150170温度℃转速硅橡胶丁腈橡胶氟橡胶丙烯酸酯橡胶硅橡胶丁腈橡胶硅橡胶影响油封密封的因素：1．橡胶品种对油封性能的影响：制造油封常用丁晴橡胶、丙烯酸酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶，它们的适用温度范围，依次分别为（-40~120℃）、（-20~150℃）、（-100~250℃）、（-40~200℃）。2．润滑油对油封性能的影响：油封工作时首先接触的是油，而润滑油的种类很多，成分又较复杂，最常用的有机械油、透平油、锭子油、齿轮油等。润滑油不同、油封的润滑状态不一样，摩擦热也有差异。试验证明，润滑油完全把轴淹没时油封的发热要比只淹没25%轴径时的大。所以设计油量以淹没50%轴径为限度。3．润滑油添加剂的影响：润滑油的功能在于使轴和、轴承之间形成油膜。但是某些苛刻条件下，油膜易受破坏。为了防止这种情况，在油中放入各种添加剂。但是，这种添加剂在改善润滑性能的同时也对油封带来了不利影响，使橡胶硬化，造成油封失去弹性而泄漏。因此，要将油温控制得低一些。4．变质油的影响：如果机器维修不好，不按规程使用和换油，油就可能变质，变质的原因大致有三：1）油本身氧化；2）油没有滤净，油中带有使机器磨损的金属微粒；3）发动机中燃烧产生的烟尘污染。试验发现，油中仅含0.2μm的微小颗粒，就会使油封和轴明显磨损。因此，定期换油和滤清是非常必要的。5．轴表面粗糙度的影响：轴表面粗糙度对油封性能和使用寿命有很大的影响。轴表面粗糙度太低，加工痕迹很浅，油封唇口很容易嵌入其内，使其中的油被挤出来；轴表面粗糙度太高，即太粗糙，油封唇口不可能填满表面的凹部，它们之间存在空隙，能存油，并形成油膜。但因粗糙处的凸出锋刃硬而尖，容易刮伤唇口。试验证明，最佳粗糙度Ra在0.8~3.2μm范围内。但是，即使粗糙度在上述最佳范围内，如果加工痕迹成螺旋线，那么，轴在一种转向下不漏，当反转时就可能泄漏。用砂纸磨光的轴最容易出现这种情况。因此，要长时间地维持油封的密封状态，除了粗糙度合适外，还必须排除螺旋线的走刀痕迹，并禁止用砂纸打光轴的油封部位（对往复运动用油封，加工痕迹并无影响）。6．装配的影响：装配也是影响油封使用性能的一个因素。一般应按下列方法进行装配和保管：1）在保管中要防止灰尘和生锈，不能直接受阳光照射，不能受压和用绳或金属丝等捆扎。2）在装配中，和油封相配合的油封座端面要有15°~30°的倒角（图）座孔不允许有损伤，底面圆角R不大于0.5mm，油封座的配合公差有一定要求，为了保证装配位置正确，在座孔前部设有台肩。15～30°R≤0.5mm3）如油封座像轴承盖那样，必须保证座孔中心与汽缸体主轴劲孔中心一致。4）如内部有压力的情况下，则油封易跑出来，所以要在油封座孔后端装有挡环或直接做出台肩。5）轴的粗糙度对油封的密封性能有一定影响，所以在高速或压力下，粗糙度Ra为0.32μm；一般中低速Ra为0.4~0.8μm；轴的硬度在HR30以上，同时为了防止生锈及磨损，在轴的表面上要求镀铬腔体座孔的粗糙度Ra不超过1.6~0.8μm。7．转子振动的影响：转子振动分轴向振动和径向振动，或者二者的复合振动。振动对油封的影响，主要使油膜处于紊乱状态，密封性能下降。8．偏心的影响：偏心是指油封唇口内圆与轴表面不同心。它造成油封唇与轴接触不均，于是油封对轴的径向压紧力不均，发热也不均，磨损也不均等，使油封容易泄漏和损坏。偏心的原因有：1）轴加工时表面偏心，或者安装后因转子挠度在轴承部位引起偏心；2）油封唇口的内径和外圆不同心；3)油封的安装孔与轴线不同心，或因安装时的累计误差引起不同心等。9．温度的影响：温度变化会引起油封、骨架和它的安装壳体膨胀或收缩。由于金属与橡胶的膨胀系数不同，在一定温度下它们的膨胀量将会不同。（表）为橡胶的膨胀系数，油温低于0℃高于40~60℃对油封的工作是不利的。名称膨胀系数/℃丁腈橡胶丙烯酸酯橡胶硅橡胶氟橡胶115×10-6100×10-6185×10-6145×10-6油封的摩擦特性取决于润滑油腔的压力、橡胶唇口的径向力和唇口的润滑状态，同时周速和运行时间也有一定影响。唇口的径向力是指单位圆周上的油封唇口对轴的箍紧力，它是表征唇口摩擦面上线接触应力大小的重要特性参数。对于唇口摩擦工况及密封寿命有直接影响，要达到密封目的，必须有足够的径向力，但径向力过大，唇口将轴箍得过紧会使摩擦面上的油膜遭到破坏，油封的寿命将大大缩短。油封径向力一般选取在100~200N/m范围内。试验证明当油封径向力选取在100N/m左右时寿命最长。推荐高速油封的径向力一般选取在100~150N/m为宜，低速用油封一般可略高些。油封唇口的径向力一般由三部分组成：一是唇口对轴的过盈量产生的径向力Fr1;二是油封腰部弹性变形产生的径向力Fr2；三是油封弹簧产生的径向力Fr3；故唇口总的径向力(N/mm)为：Fr=Fr1+Fr2+Fr3，其中Fr1=，Fr2=，Fr3=；式中—唇口过盈量之半，=，d0为轴直径，d为油封唇直径；E—橡胶弹性模量；W—冠部截面积；R—轴的半径；S—腰部厚度；L—腰部长度；F3—弹簧工作张力；02ddΔΔ2EWR234ESL3FR径向力的选取范围轴径/mm全周径向力/N单位周长径向力/N•m-1最低最高最低最高10608010016172831323758601219011299242196231207摩擦力矩旋转轴油封的密封性能，是由旋转动态下轴与油封唇及其界面油膜相互接触而实现的。油封在开始运转时摩擦力矩较大，而后逐渐下降，大约经1h左右而趋于稳定。这是因为油封运转初期唇口与轴接触状态及油膜尚不稳定，唇口的温度较低，油的粘度大，因而摩擦力矩值高。随着运转时间的增长，这些因素逐渐趋于稳定，唇口因摩擦温度升高，油的粘度下降，摩擦力矩逐渐下降而至稳定。油封的旋转摩擦特性主要表现在摩擦力矩和摩擦发热两个方面：油封的摩擦力矩用下式：T=式中T—摩擦力矩；Fr—全周径向力；R—轴的半径；f—唇口与轴的摩擦因数，与密封介质种类、轴径大小和油封的橡胶材料等有关，一般取=0.2~0.5影响摩擦力矩的因素有油温，径向力和胶料等。油温高时，油封的摩擦力矩降低，这是由于当油温增高时，油的粘度下降，油的摩擦因数降低，唇口材料变软，弹性模量下降，从而使摩擦力矩值降低；径向力增加油封的摩擦力矩也增大，这是由于当径向力增大时，油封唇口对轴的接触压力也增大，减薄了油膜厚度，因而增加了油封的摩擦力矩值；不同的胶料对摩擦力矩也有一定影响。试验表明，硅橡胶油封的摩擦力矩最小，丁腈橡胶和丙烯酸酯橡胶油封摩擦力矩相差不大。（其原因是硅橡胶本身自润滑性能较好，受热后胶料易变软，弹性模量下降，油封径向力降低，因而导致摩擦力矩的降低。一般硅橡胶油封使用寿命比较长，这是一个很重要的因素。）310rfFR油封的密封机理：油封唇口与接触面之间存在着一层很薄的粘附油膜，这层油膜的存在，一方面可以起到密封流体介质的作用，另一方面还可以起到唇与轴之间的润滑作用。但是油封在使用过程中，由于油封唇的作用，轴表面及转动